JP5229094B2 - 無線送受信装置 - Google Patents
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Description
ワイヤレスUSBには、無線通信方式として、WiMedia Allianceが推進するUWB(Ultra Wideband)方式が採用されている。UWBは低消費電力でありながら、現在普及しているIEEE802.11a/b/gをはるかに上回る高速通信が可能であることから、オフィスでの効率化、生活の利便性向上のために、様々な機器に搭載されていくことが期待されている。
UWB方式はデジタル変調方式の一つであるOFDM(直交波周波数分割多重:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を採用している。このOFDM方式は受信の場合、信号が一定周波数の中間周波数IF(Intermediate Frequency)信号に変換される。
後段の回路に含まれる、I信号、Q信号それぞれに対応して2系統存在するベースバンドフィルタ、AD変換器等は、アナログ回路から構成されていることもあり、製造時の製造誤差や、温度変化などの要因により相対誤差(IQインバランス)が生ずる。例えば、振幅誤差、位相誤差等である。送信の場合も同様にIQインバランスが生じる。このような誤差は、最終的には受信特性に悪影響を及ぼすので、補正する必要がある。
従来、この補正方法としては、テスト信号を使用してI信号およびQ信号両者間の振幅誤差、位相誤差などを測定して、これらを小さくするように補正値を調整するために、それぞれの信号系統に備える調整回路を調節する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
かかる現状を鑑みて、本発明は、通常のデータ送受信のタイミングに影響を与えることなく、またデータ送受信を中断することなく、テスト信号を用いて安定したIQインバランス補正が可能な無線装置を提供することを目的とする。
また、請求項2の発明は、前記スロット検出部は、ビーコンにより同期された他デバイスと自デバイスのスーパーフレームにおいて、ビーコン期間とそれぞれのデバイスがDRP予約したスロット以外のスロット区間を検出することを特徴とする。
図1は本発明の無線装置のひとつの実施の形態を示すブロック図である。
図1に示す本実施例の形態は、アンテナ1と、プロトコル処理された送受信データが入出力されるプロトコル制御部11、送受信データをベースバンド信号に変復調するPLCP(Physical Layer Convergence Protocol)ブロック10、アンテナ1から受信したRF(Radio Frequency)信号を中間周波数信号(IF信号)にダウンコンバートするRX−RFブロック2、IF信号のIQインバランスを補正するRX−IQ補正部3、補正したIF信号に対して不要な帯域の信号カットと適正なレベルへの増幅を行うRX−IFブロック4、RX−IFブロック4を通過した信号をデジタル変換するAD変換器5を備える。
さらに、PLCPブロック10からのベースバンド信号をデジタル変換するDA変換器9、送信するIQ信号の不要な帯域の信号をカットするTX−IFブロック8、IF信号をRF帯域にアップコンバートしRF信号を出力するTX−RFブロック6、次段のTX−RFブロック6で発生するIQインバランスを補正するTX−IQ補正部7と、下記に詳述するIQインバランス検出部(検出部)12、テスト信号発生部13、SIFS(Short Interframe Space)タイマー部(タイマー部)14、IQ補正制御部(補正制御部)15より構成される。
通常のデータ送信時は、送信データがプロトコル制御部11から出力され、PLCPブロック10でベースバンド信号に変調される。PLCPブロック10でIQ信号に変調された送信データは、DA変換部9でIQアナログ信号のIF信号となる。TX−IFブロック8はLPF(Law Pass Filter)で構成されておりIQアナログ信号のうちの不要な帯域の信号をカットする。
TX−IQ補正部7は、次段のTX−RFブロック6で発生するIQインバランスを補正するブロックである。TX−RFブロック6ではIF信号をRF帯域にアップコンバートしRF信号が出力される。RF信号はアンテナ1から空中へ送信される。
また、通常のデータ受信時は、アンテナ1から入力されたRF信号がRX−RFブロック2でダウンコンバートされIQ信号で構成されるIF信号となる。RX−IQ補正部3はRX−RFブロック4で発生したIQインバランスを補正するブロックである。RX−IFブロック4はLPFとVGA(Variable Gain Amplifier:可変利得増幅器)で構成され、不要な帯域の信号カットと適正なレベルへの増幅が行われる。AD変換器5ではIQ信号がデジタル化され、PLCPブロック10で復調されることで受信データが復調され、プロトコル制御部11で受信データに対応した処理が実施される。
すなわち、送受信の切り替え時に、プロトコル制御部11から送受信切り替え信号によってIQ補正制御部15に送受信切り替えタイミングを通知し、後述する図7の動作フローに準じてIQインバランス補正動作を開始するようにする。
そして、DA変換器9にはPLCPブロック10からの出力の変わりに、IQ補正制御部15からの指示によりテスト信号発生部13からテスト信号が出力される。テスト信号はTXパスを通って、SW1によって短絡されたRXパスに接続され、RXパスを通してIQインバランス検出部12で振幅インバランスと位相インバランスを検出する。そして、検出信号が小さくなるようにTX−IQ補正部7とRX−IQ補正部3における補正値を決定する。
SIFSタイマー部14は、送受信切り替えタイミング開始からSIFS値時間(送受信切り替え時の最低フレーム間隔)の計測を行う。SIFS時間が経過するとIQ補正制御部15にSIFS時間の経過を知らせることで、IQ補正制御部15はIQインバランス補正を終了し、通常のデータ送受信が可能となる。
図2は、代表的なIQインバランス補正回路を示す図である。
IQインバランス補正回路は増幅器(乗算器)21、22と加算器23から構成されている。
I信号とQ信号の入出力の関係を以下に示す。
I信号出力=I信号入力
Q信号出力=a×I信号入力+b×Q信号入力
すなわち、I信号入力はそのまま出力されるが、Q信号入力は、増幅器22でb倍された後、増幅器21でa倍されたI信号入力と加算器23によって足し合わされて出力される。
補正値a、bを最適化することで、IQインバランスを補正することが可能である。
入力のIQ信号にゲインや位相のインバランスが付加されていた場合、IQインバランス補正前の図3(a)のように、IQ信号の振幅が等しくなく、かつ位相差が90度とならない。このような場合はダウンコンバートしたIF信号においてイメージ妨害波が発生する。
図4は、イメージ妨害波の周波数成分を示す図である。
本来の信号成分である周波数−fIF信号成分以外に、周波数+fIF信号成分が存在する。この信号成分がイメージ妨害波となり受信信号のSNR劣化の原因となる。IQ信号のインバランスを補正することで、このイメージ妨害波を減少することが可能となる。
図3においてIQインバランスが生じていた場合でも、適切な補正値a、bをIQ信号にそれぞれ乗算(増幅)し、それらを加算することにより、図3(b)に示すI信号に対してQ信号の振幅が等しく、位相差が90度となる理想的なQ信号が得られる。
そこで、補正回路の補正値a、bを算出するためには、IQ信号の振幅インバランスと位相インバランスを検出する必要がある。
IQインバランスの検出は、IQ信号の振幅と位相差のインバランスを以下の式で検出する。
振幅インバランス=LPF(I信号^2−Q信号^2)
位相インバランス=LPF(I信号×Q信号)
検出された振幅インバランスと位相インバランスが最小となるように、図2のIQインバランス補正回路の補正値a、bを設定する。
なお、本実施例では受信パスのIQインバランス補正回路(RX−IQ補正部)3はIFアナログ信号で補正する構成としているが、AD変換部出力のデジタル信号を使用したデジタル処理でIQインバランスを補正することも可能である。同様に送信パスのIQインバランス補正回路(TX−IQ補正部)7もIFアナログ信号で補正する構成としているが、DA変換部入力前のデジタル信号を使用したデジタル処理でIQインバランスを補正することも可能である。例えば、米国特許出願公開2005/0070236のような構成を取り得る。
本実施例はIQインバランス補正を実施するために専用のテスト信号を用いる。テスト信号の代表的な例としてI信号にsin波、Q信号に同じ周波数で90度位相がずれているcos波を使用する。
専用のテスト信号を用いる場合には、実際の送受信動作中はIQインバランス補正が対応できない。そのため、送受信動作を行っていないタイミング中にIQインバランス補正を行う必要がある。
例えば、ワイヤレスUSBに使用されている無線通信方式であるWiMedia Alliance方式で説明する。
図6に示すように、送信フレームから受信フレームへの切り替えや、受信フレームから送信フレームへの切り替え時には最低フレーム間隔が決まっておりSIFS(Short Interframe Spacing)と呼ばれる値以上のフレーム間隔が規定されている。例えばWiMedia Alliance方式では10uSと定義されている。そのため、送信から受信への切り替え時と、受信から送信への切り替え時にはデータ送受信を行わないタイミングがSIFS値の時間存在する。
図7は、本実施例においてIQインバランス補正を実施するための動作フローチャートを示す図である。
図1及び図7を参照して、本発明における補正動作の流れを説明する。
プロトコル制御部11ではフレームの送受信タイミングが管理されており、IQ補正制御部15は送受信の切り替えが実施されるタイミングまで待機する。
フレームの送信又は受信が行われて(ステップS11)、送受信切り替え間隔(SIFS)となると(ステップS12でYes)、IQ補正制御部15は、IQインバランス補正を開始する(ステップS13)。
IQ補正制御部15は、送信受信切り替えスイッチ(SW2)をニュートラルにてアンテナ1を送信と受信パスから切り離し、送信受信短絡スイッチ(SW1)を短絡して送信出力と受信入力を接続する(ステップS14)。
次に、テスト信号発生部13は、IQインバランス補正用のテスト信号を発生し(ステップS15)、IQインバランス検出部12がIQインバランスを検出し、検出結果に基づいてIQ補正制御部15は、振幅インバランスと位相インバランスが最小となるように補正値a、bを設定する(ステップS16)。
SIFS値の時間以内であれば(ステップS17でYes)、さらに最適な補正値を設定してIQインバランスを補正する(ステップS16)。SIFS値の時間になったタイミングで(ステップS17でNo)IQインバランス補正を終了し(ステップS18)、SW1とSW2を通常のデータ送受信ができる制御に戻す。
なお、IQ補正制御部15にカウンターを有し、送受信切り替え回数をカウントしN回に一回の頻度でIQインバランスを補正することも可能である。これによりIQインバランスの補正値の時間変動が少ない場合は効率よくIQインバランスの補正が可能となる。
また、IQ補正制御部15にタイマーを有し、所定時間内に一回の頻度でIQインバランスを補正することも可能である。これによりIQインバランスの補正値の時間変動が少ない場合は効率よくIQインバランスの補正が可能となる。
図8に示す無線装置は、図1に示す無線装置とほぼ同様の構成であるが、SIFSタイマー部14の替わりにIQ補正可能スロット検出部(スロット検出部)30を有している。
通常のデータ送信時やデータ受信時は図1の実施例と同じ動作であるが。プロトコル制御部11の情報から、IQ補正可能スロット検出部30は、後述するビーコン期間でなくDRP予約もされていないIQインバランス補正可能なスロットの区間を検出する。この期間では、図10の動作フローに準じてIQインバランス補正動作が開始される。
DA変換器にはPLCPブロック10からの出力の変わりに、IQ補正制御部15からの指示によりテスト信号発生部13からテスト信号が出力される。テスト信号はTXパスを通って、SW1によって短絡されたRXパスに接続され、RXパスを通してIQインバランス検出部12で振幅インバランスと位相インバランスを検出する。
検出信号が小さくなるようにTX−IQ補正部とRX−IQ補正部の補正値a、bを決定する。IQインバランス補正可能なスロットの区間が終了したタイミングでIQ補正制御部はIQインバランス補正を終了し、通常のデータ送受信が可能となる。
本実施例においても、実際の送受信動作中はIQインバランス補正が対応できない。そのため、送受信動作を行っていないタイミング中にIQインバランス補正を行う必要がある。
例えば、ワイヤレスUSBに使用されている無線通信方式であるWiMedia Alliance方式で説明する。WiMedia Alliance方式はスーパーフレームと呼ばれる65.536mSの長さの周期の繰り返しで構成されている。1つのスーパーフレームは、その中をMAS(Medium Access Slot)と呼ばれる256のエリアに分割されており、1つのMASの期間は256uSである。スーパーフレームの冒頭のMASはビーコン送信用に使用される。データはビーコン送信以外のMASで送信される。データ送信方式はDRP(Distributed Reservation Protocol)方式で予約された時間(タイムスロット)にデータ転送を行う方式である。
図9では他デバイスと自デバイスのスーパーフレームのタイミングを示す。ビーコンによって同期された他デバイスと自デバイスのスーパーフレームにおいて、それぞれのデバイスがDRP予約したスロットでデータ転送を行う。そのため、ビーコン期間とDRP予約されたスロット以外はデータの送受信がないため、IQインバランス補正に使用できるスロット区間となる。
プロトコル制御部11ではフレームの送受信タイミングが管理されており、IQインバランス補正可能なスロット区間になるまで待機する。
フレームの送信又はフレームの受信が終了し(ステップS21)、送受IQインバランス補正可能なスロット区間になると(ステップS22でYes)、IQ補正制御部15は、IQインバランス補正を開始する(ステップS23)。送信受信切り替えスイッチ(SW2)をニュートラルにてアンテナを送信と受信パスから切り離し、送信受信短絡スイッチ(SW1)を短絡して送信出力と受信入力を接続する(ステップS24)。
次に、テスト信号発生部13はIQインバランス補正用のテスト信号を発生し(ステップS25)、IQインバランス検出部12がIQインバランスを検出して、その検出家かに基づいて、IQ補正制御部は、振幅インバランスと位相インバランスが「0」となるように補正値a、bを設定する(ステップS26)。
IQ補正制御部15は、IQインバランス補正可能なスロット区間内であれば(ステップS27でNo)、さらに最適な補正値を設定してIQインバランスを補正する(ステップS26)。IQインバランス補正可能なスロット区間が終了したら(ステップS27でYes)、IQ補正を終了し(ステップS28)SW1とSW2を通常のデータ送受信ができる制御に戻す。
なお、IQ補正制御部15にカウンターを有し、送受信切り替え回数をカウントしN回に一回の頻度でIQインバランスを補正することも可能である。これによりIQインバランスの補正値の時間変動が少ない場合は効率よくIQインバランスの補正が可能となる。
また、IQ補正制御部15にタイマーを有し、所定時間内に一回の頻度でIQインバランスを補正することも可能である。これによりIQインバランスの補正値の時間変動が少ない場合は効率よくIQインバランスの補正が可能となる。
Claims (2)
- アンテナと、プロトコル処理された送受信データを入出力するプロトコル制御部と、前記プロトコル制御部からの送信データを変調した信号を前記アンテナを介して送信する送信経路と、前記アンテナによって受信された信号を復調した受信データを前記プロトコル制御部に出力する受信経路と、前記送信経路及び受信経路を接続して前記送信経路で変調された信号を前記受信経路に供給するためのスイッチと、前記送信経路及び受信経路に設けた、各経路を流れる信号のIQのインバランスを補正する補正部と、各補正部における補正値を制御する補正制御部と、前記受信経路を流れる信号のIQインバランスを検出する検出部と、前記送信経路にテスト信号を供給するテスト信号発生部と、ビーコンにより同期された他デバイスと自デバイスのスーパーフレームにおいて、前記プロトコル制御部によるデータ送受信が行われないスロット期間を検出するスロット検出部と、を備え、
前記補正制御部は、前記スロット期間の間、前記スイッチを短絡させ、前記テスト信号発生部に前記テスト信号を発生させ、前記検出部の検出値が最小となるまで、各補正部の制御値を変化させることを特徴とする無線送受信装置。 - 前記スロット検出部は、ビーコンにより同期された他デバイスと自デバイスのスーパーフレームにおいて、ビーコン期間とそれぞれのデバイスがDRP予約したスロット以外のスロット区間を検出することを特徴とする請求項1記載の無線送受信装置。
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